Śmierć thumb|Grób Piusa XII w Grotach Watykańskich. Pius XII zmarł 9 października 1958 r. w Castel Gandolfo z powodu ostrej niewydolności krążeniowej spowodowanej atakiem serca. W związku z jego śmiercią kilka państw ogłosiło żałobę narodową m.in. Hiszpania (10 dni), Brazylia (5 dni), Włochy (3 dni), Portugalia (3 dni) i Kuba (3 dni). Cztery dni później został pochowany w Watykanie w bazylice św. Piotra. Ponieważ od początku życia kapłańskiego był tercjarzem dominikańskim, na swoje życzenie, oraz zgodnie z tradycją zakonu, w grobie złożono go w habicie.
Jego następcą został Jan XXIII, wybrany na konklawe 28 października 1958 r.
Proces beatyfikacyjny Proces beatyfikacyjny Piusa rozpoczął Paweł VI 18 listopada 1965 r., pod koniec obrad II soboru watykańskiego. W maju 2007 r. Komisja kardynałów i biskupów Kongregacji Spraw Kanonizacyjnych w liczbie 13 członków jednomyślnie opowiedziała się za beatyfikacją Piusa XII.